圩堤除險加固工程X標段瀝青混凝土低溫施工探討

孔得兵

(江西省鄱陽縣水利局，江西 上饒 333100)

1 工程概況

江西省某縣2019年萬畝圩堤除險加固工程X標段主要包括圩堤除險加固，穿堤建筑物拆除重建、維修等建設任務，其基礎主體工程施工主要包括模板工程、鋼筋工程、混凝土工程、砌體工程等分部分項工程，混凝土工程主要采用商品混凝土。本工程跨冬季施工，由于工程工期要求緊，務必要抓緊冬季枯水期施工安排，加強施工任務有組織、有計劃、有準備的進行，并保證瀝青混凝土低溫施工質量。

2 低溫環境對瀝青混凝土的不利影響

瀝青混凝土與其余形式的混凝土不同，但是主體部分均由基體和骨料構成，并存在微小孔隙，孔隙內物質對混凝土強度和力學性質有較大影響。在飽和濕度環境下，水泥中膠體間的拉伸能力會在自由水的影響下而降低，導致瀝青混凝土宏觀力學性能降低。在低溫環境下，孔隙內的自由水結冰后會使瀝青混凝土抗壓強度和拉伸性能增大。但是，因瀝青混凝土材料抗拉性能比抗壓性能弱，所以自由水結冰后并不會使混凝土抗拉性能性能強。溫度升高后，孔隙水融化，瀝青混凝土力學性能強度隨之降低。

瀝青混凝土材料中所包含的硅灰、粉煤灰等活性摻合料能產生遏制部分水利副作用的效果，并且，所加入的摻合料活性物質粒徑小，低溫情況下可有效改善混凝土拌合過程的流動性和和易性，使混合料低溫黏聚性能顯著提升，并有效減少泌水的發生。

鋼筋發生氧化銹蝕后體積會發生膨脹，并導致主筋及箍筋向混凝土混凝土產生裂縫。水泥材料自身穩定性較差，混凝土因水灰比較大而早期強度低、失水快，容易發生裂縫和結構疏散，而且混凝土材料在其內部壓力、溫度、濕度等的影響下，水分會從外部向中心移動，進而使砂漿和骨料脫離，造成瀝青混凝土結構表面起灰及骨料裸露。再加上較低的養護溫度導致其水泥水化反應停止，混凝土發生水分蒸發、結晶腐蝕和硬化[1]。

3 瀝青混凝土低溫施工要點

3.1 堤壩結合面溫度觀測試驗

為保證本圩堤除險加固工程瀝青混凝土低溫施工方案的科學性與適用性，項目組和江西農業大學合作進行了室內土工模擬試驗，并在混合料設計配合比下進行了堤壩結合面不同溫度試驗的對比分析，所得出的滿足堤壩結合面穩定性要求的最低溫度為30℃，冬季施工過程中堤壩結合面溫度顯然達不到這一最低溫度的要求，為此，冬季施工必須采取有效的保溫措施。

大氣溫度在-10℃-0℃之間、結合面溫度40℃左右以及大氣溫度在-20℃--10℃之間、結合面溫度30℃左右時，圩堤除險加固工程X段堤壩梁板結合面溫度變化過程曲線詳見圖1和圖2。通過對不同施工條件下結合面溫度變動趨勢的分析可以得出：大氣溫度在-10℃-0℃之間、結合面溫度40℃左右時，瀝青混凝土入倉溫度達160℃，結合面溫度完全符合施工規范；大氣溫度在-20℃--10℃之間、結合面溫度30℃左右時，瀝青混凝土入倉溫度達180℃，結合面溫度也符合施工規范。

圖1 X標段結合面溫度變化過程曲線(大氣溫度在-10℃-0℃之間、結合面溫度40℃左右)

圖2 X標段結合面溫度變化過程曲線(大氣溫度在-20℃--10℃之間、結合面溫度30℃左右)

瀝青混凝土完全冷卻后進行結合面溫度變化部位的鉆芯取樣，根據對芯樣的觀察發現，其表面光滑，結合面位置肉眼無法區分。溫度觀測結果也表明，結合面溫度超出30℃后，堤壩梁板瀝青混凝土結合面溫度和施工質量均能達到施工規范要求。

根據對該工程X標段瀝青混凝土低溫施工相關觀測數據的分析，其堤壩梁板混凝土降溫呈現出拋物線形，并隨著時間的推移，降溫速度減緩。在應用相同條件的保溫措施下，隨時間增長其降溫速度減緩，并且相同氣溫條件下，覆蓋層越厚，降溫速度越緩慢。堤壩梁板瀝青混凝土降溫是結構溫度與過渡料、大氣溫度交換過程的體現，隨著交換介質的變化，溫度交換過程也隨之改變。根據設計降溫速度，不同氣溫環境應采取不同的覆蓋保溫措施，圖1和圖2中對結合面溫度變化過程線的分析為保溫措施的選擇及瀝青混凝土低溫施工質量控制提供了有效依據。

3.2 低溫施工保溫措施的確定

3.2.1 覆蓋保溫措施

根據試驗結果，覆蓋1層厚度2cm的保溫棉被，環境溫度-5℃-0℃時瀝青混凝土結合面失溫速度7.0℃/h；環境溫度-10℃--5℃時，失溫速度18℃/h；環境溫度-15℃--10℃時，失溫速度10℃/h。覆蓋2層厚度2cm的保溫棉被，環境溫度-10℃時瀝青混凝土結合面失溫速度13℃/h；覆蓋1層帆布+1層厚度2cm的保溫棉被，環境溫度-20℃--15℃時瀝青混凝土結合面失溫速度13℃/h；且以上情況下，失溫速度均隨時間的延長而減緩。由于本工程所在地區冬季最低溫度-24.1℃，考慮到施工成本和保溫效果，本圩堤堤壩冬季施工采用覆蓋1層帆布+2層厚度2cm保溫棉被的覆蓋保溫措施。

3.2.2 混合料施工配合比

根據堤壩瀝青混凝土施工規范，為保證瀝青混凝土低溫施工質量，必須加強技術及管理方面的保障，在低溫施工前制定越冬施工方案，并對現場瀝青混凝土材料制備、外加劑摻加、澆筑過程及養護等全程跟蹤監測。提前選購低溫下的潤滑油和燃油，加強對施工設備的維護保養，確保性能穩定良好。

該圩堤堤壩瀝青混凝土施工要求混凝土容量至少2.35t/m3，滲透系數最大為1.0×107cm/s，水穩性最小為0.85，骨料粒徑不超過20mm，且瀝青混合料拌和制備過程中必須采取加熱保溫措施，混合料低溫施工配合比及級配要求[2]具體見表1。

表1 瀝青混凝土低溫施工配合比及級配參數推薦值

3.3 瀝青混凝土制備及溫控

為確保碾壓施工質量，碾壓式瀝青混凝土施工溫度應保持在5℃及以上，對于溫度較低或氣溫高但風速超過5.5m/s、風力超過4級時應暫停瀝青混凝土施工。施工過程主要按照室內配比試驗所確定的施工參數進行，瀝青混凝土拌合采用YQLB-1000型拌合機，該拌合設備的稱量精度在環境溫度低于5℃后會因拌合料管道溫度驟降瀝青快速黏稠而變差，為保證其稱量的準確性，必須在環境溫度較低時對拌合設備采取保溫措施，通過包裹石棉網，外側纏繞電熱絲，再包裹一層礦棉的措施，加強其拌合系統閥門、管路、出料斗等部位的保溫處理，以提升稱量精度。

本標段圩堤堤壩施工所需瀝青混凝土出場溫度控制在165℃-195℃，混合料運至施工現場及攤鋪時的溫度不得低于145℃和120℃，對于溫度不合要求的混合料應棄置。在混合料拌和前還必須預熱拌合系統，將拌合溫度控制在100℃以上，使用粒徑0.074mm以下的礦渣，并將干拌和時間嚴格控制在15-25s，摻加瀝青后的拌合時間控制在45-60s。為保證澆筑施工質量，混合料運輸采用翻斗車運輸+裝載機轉運攤鋪機喂料斗的方式，并在喂料過程中確保混合料入倉均勻。

3.4 混凝土澆筑

本圩堤堤壩混凝土應按照設計層厚分層澆筑，并控制相鄰層澆筑施工時間，保證速凝劑發揮作用前就開始第二層澆筑；采用分段振搗方式，振搗時必須加強對混凝土裝填的觀察。

振搗應由內向外進行，并保證振搗至下層澆筑混凝土內部一定深度，以保證分層澆筑面牢固結合。必要時可延長振搗時間，防止因振搗不密實而使殘存在混凝土中的水泡低溫凝結后引發混凝土裂縫[3]。

4 結 論

本圩堤除險加固工程X標段施工結束后質量檢測結果表明，所采取的瀝青混凝土低溫施工控制技術保溫效果較好，混凝土結構工后未出現溫度裂縫，溫控措施運用得當。該工程實踐結果也證明，瀝青混凝土低溫條件下施工的重點應放在原材料性能、外加劑摻量、澆筑振搗、混合料溫度控制、保溫措施的選用、溫度監測等方面，保證工程施工質量。